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智慧城市之基于环境能量采集自获能的物联网技术在智慧

农业领域的应用

一、项目背景

作为一个农业大国，农业关乎着我国国民经济的命脉。随着我国经济的迅速

发展和人民生活水平的提高，对农业的劳动生产率提出了越来越高的要求，但是

我国当前农业发展面临着资源紧缺和资源消耗过大、资源高投入与粗放式经营、

保障农产品质量安全等问题的严峻挑战，且随着我国城镇化速度发展的加快，农

村农田将不可避免的被占用建设，而人口在今后的一段时间内还将增加，怎样合

理利用目前有限的土地资源，保证农业的可持续发展是摆在我国农业建设路上的

现实难题。

以欧美为代表的发达国家，正利用“5S”技术（GPS、RS、GIS、ES、DSS）、

环境监测系统、气象与病虫害监测预警系统等，以信息化技术提升现代农业整体

水平，欧洲智能系统集成技术平台（EoPSS）2009年提交的物联网研究发展报告

中，更是将“农业与养殖业物联网”列为最重要的发展方向之一。

物联网被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，《物联

网“十二五”发展规划》提出，到2015年，我国要要求在农业资源利用、农业生

产精细化管理、生产养殖环境监测、农产品质量安全管理和产品溯源上积极推进

物联网技术的应用和建设。智慧农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技

术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与

管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一

方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目

标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产

力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地

利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。在实现智慧农业的道路上，目前

流行的无线传感器的物联网存在一个共同缺点“电池的使用”，海量电池的使用

和不恰当处理除了会导致的环境灾难外，还有电池有限的使用寿命和更换维护费

用成为这类传感器作为物联网大规模使用的不可逾越的障碍，特别是在农业生产

条件多样化、工作环境恶劣的情况下带来的弊端尤为明显，也是制约发展的一个

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重要因素。

二、项目解决方案

2.1项目目标

针对上述无线传感器面临的问题，本项目研究适合各种应用环境下的换能器

技术，包括光能（电磁能）、热能、风能、水的势能和动能、震动能、化学能、

生物能等。把这些形式的能量通过无源升压技术高效地转换为适合无线传感器需

要的电能，解决无线传感器技术的“电池使用”问题，避免电源保障供给困难

和使用寿命受制；此外，还研究超低能耗监测技术和大规模无线无源传感器通讯

组网技术，以解决无线无源传感器网络和物联网的连接问题，并研制适用于智慧

农业领域的微功耗物理、生化等变量的监测技术。

2.2项目内容

（1）智能农业专家系统开发

利用无线传感器实时采集农业生产现场的光照、温度、湿度、二氧化碳等参

数及农产品的生长状况等信息，远程监控生产环境；。将采集的参数和信息进行

数字化转化后，实时传输网络平台进行汇总整合，利用农业专家智能系统按照农

产品生长的各项指标要求，进行定时、定量、定位云计算处理，及时精确地遥控

指定农业设备自动开启或者关闭，实现智能化、自动化的农业生产过程。

基于超低功耗的特性，该公司及其发起的EnOcean联盟成员开发出了一系列

的无线及其不用电池的开关及传感器产品以及和其他网络传输技术衔接的网关

产品。这些产品可以不用布线、免维护的运用于绿色节能智能建筑、工业数据采

集、仪器仪表及智慧农业等诸多领域。

（2）超低功耗无源无线传感器和基于无源无线传感器通讯技术的控制器研

制

作为运用于智慧农业的无线无源“自获能”技术，是一种新型的无线传感

和传输技术，由德国的西门子公司分离出来的，该技术同Zigbee、WiFi、

Bluetooth、Z-Wave等无线技术相比最大的优点就是极低的功耗，可以在1mW的

发射功率传输距离超过300米。基于此技术，研制一批适合智慧农业的超低功耗

无源无线传感器和控制器，不需维护，易于安装和部署。这些设备包括:无源无

线土壤温湿度传感器、无源无线室外照度传感器、无源无线小型气象台（温湿度，

压力，雨量，风力）、无源无线土壤PH值传感器、无源无线土壤电导率传感器、